Научное периодическое издание «Известия вузов. Порошковая металлургия и функциональные покрытия» было создано в 2007 г. по инициативе научной общественности как единственный в России журнал по специальности «Порошковая металлургия и композиционные материалы».
В его редакционную коллегию входят ведущие ученые в области порошковой металлургии, инженерии поверхности, наноматериалов и нанотехнологий . Журнал ориентирован на широкий круг читателей (металлургов, материаловедов, физиков, химиков) и публикует научные статьи работников вузов, РАН, отраслевых институтов и компаний России, стран СНГ, зарубежных авторов, посвященные следующим аспектам теории и научно-обоснованной практики в области порошковой металлургии и инженерии поверхности:
– Процессы получения и свойства порошков;
– Теория и процессы формования и спекания порошковых материалов;
– Самораспространяющийся высокотемпературный синтез (СВС);
– Тугоплавкие, керамические и композиционные материалы;
– Пористые материалы и биоматериалы;
– Материалы и покрытия, получаемые методами аддитивных технологий;
– Модифицирование поверхности, в том числе пучками заряженных частиц, потоками фотонов и плазмы;
– Наноструктурированные материалы и функциональные покрытия;
– Применение порошковых материалов и функциональных покрытий.
Значительный объем публикуемых в журнале статей относится к критическим технологиям (нанотехнологии и наноматериалы, технологии создания и обработки композиционных и керамических материалов, технологии создания биосовместимых материалов) приоритетного направления «Индустрия наносистем и материалы».
Журнал входит в Перечень рецензируемых научных изданий (Перечень ВАК), в которых должны быть опубликованы основные научные результаты диссертаций на соискание ученой степени кандидата или доктора наук по научным специальностям:
- 2.6.5. Порошковая металлургия и композиционные материалы (технические науки)
- 2.6.6. Нанотехнологии и наноматериалы (технические науки)
Журналу «Известия вузов. Порошковая металлургия и функциональные покрытия» присвоена категория К1 в соответствии с методикой, разработанной ВАК Минобрнауки (письмо от 06.12.2022г. № 02-1198) на основе анализа Перечня рецензируемых научных изданий https://vak.minobrnauki.gov.ru/uploader/loader?type=19&name=92263438002&f=14239 (№ 1017).
По базе глобального цитирования «Scopus»: CiteScore2022 – 0.3 и SJR2022 – 0.113; Q4
Подписка на журнал в печатной и электронной формах осуществляется через агентство "Урал-Пресс" http://www.ural-press.ru/
С 2013 г. опубликованным в журнале статьям присваивается DOI.
Журнал индексируется в различных базах данных. Журнал включен в базы данных SCOPUS и Russian Science Citation Index на платформе Web of Science"
Текущий выпуск
Информационные сообщения
Материалы и покрытия, получаемые методами аддитивных технологий
3D-печать, или аддитивное производство (АП), – это активно развивающаяся область техники, позволяющая изготавливать уникальные изделия практически любой сложной формы, которую зачастую невозможно получить традиционными технологиями. В настоящее время помимо работ с изделиями из полимерных и металлических конструкционных материалов востребованной также становится 3D-печать изделий из функциональных материалов. В данном обзоре представлен анализ литературных данных по 3D-печати изделий из магнитных материалов. Кратко рассмотрены основные технологии АП – фотополимеризация в ванне, селективное лазерное спекание, струйное нанесение связующего, моделирование методом наплавления, прямое написание чернилами, электронно-лучевая плавка, прямой подвод энергии и материала, синтез на подложке с помощью лазера, а также используемые в АП магнитные материалы – магнитотвердые сплавы Nd–Fe–B и Sm–Co, магнитотвердые и магнитомягкие ферриты, магнитомягкие сплавы типа пермаллоев и электротехнических сталей. Показано, что на данный момент материалы, изготовленные методами 3D-печати, пока уступают по своим свойствам аналогичным материалам, полученным более традиционными методами, однако основные преимущества 3D-печати – создание единичных изделий сложной формы и сокращение отходов материала, при этом ведутся работы по улучшению комплекса свойств. В некоторых случаях, например при использовании металл-полимерных композиций, магнитные характеристики 3D-изделий из них в целом уже сопоставимы с традиционными аналогами. В обзоре приведены основные направления применения 3D-печати магнитных изделий – в частности, показано, что весьма перспективно изготовление мягких роботов с быстрым откликом и высокой степенью свободы, а также магнитов с оптимизированной топологией, позволяющих генерировать магнитное поле с высокой степенью однородности. Также представлены основные проблемы 3D-печати магнитных изделий и возможные способы их решения.
В последние годы в машиностроительном комплексе происходят значительные изменения, связанные с созданием и расширяющимся применением новых технологий и материалов, способных коренным образом улучшить качественные показатели выпускаемых изделий, всю структуру и условия производства. К таким технологиям относятся технологии аддитивного производства, с помощью которых возможно изготовление изделий из передовых материалов – к ним относятся непрерывно армированные полимерные композиты. В свою очередь, интеграция аддитивных технологий с промышленными роботами открывает новые возможности создания пространственно армированных композитов с направленной внутренней структурой, получаемой за счет упорядоченного расположения непрерывных волокон. В данном обзоре проведен анализ существующих на сегодняшний день технологий 3D-печати пространственно армированных полимерных композиционных материалов с добавлением непрерывных волокон на базе промышленных роботов-манипуляторов. Представлены основные передовые компании, поставляющие готовые коммерческие системы, рассмотрен опыт успешного использования данных систем при изготовлении армированных деталей.
Проведено исследование интерметаллидного орторомбического титанового сплава, полученного методом селективного лазерного плавления (СЛП) с добавлением меди в количестве от 0 до 6 мас. % с помощью in situ легирования в процессе изготовления с использованием подогрева подложки от 300 до 850 °С. Показано, что введение меди в сплав способствовало измельчению зерна первичной B2/β-фазы и изменению механических свойств. В результате рентгеноструктурного анализа и сканирующей микроскопии была выявлена микроструктура, состоящая из B2/β-фазы с выделениями орторомбической фазы. Также в образцах прослеживается наличие небольшого количества α2-Ti3Al-фазы, количество которой увеличивается с повышением содержания меди в сплаве. Методом дифференциальной сканирующей калометрии установлено, что добавление меди приводит к смещению температур фазовых превращений в область более высоких температур и сужает область α2-Ti3Al + B2/β + Ti2AlNb. Введение меди до 6 мас. % обуславливает разупрочнение и охрупчивание орторомбического сплава с формированием мелкозернистой микроструктуры, средний размер зерна которой составил 8,3 мкм. Результаты энергодисперсионной рентгеновской спектроскопии показали наличие на границах зерен интерметаллидной О-фазы, что способствовало увеличению твердости на 12 % в сравнении с орторомбическим сплавом без добавления меди после СЛП с подогревом подложки при 850 °C. Наилучшие пластические свойства проявил сплав с содержанием меди 4 мас. % при пределе прочности 1080 МПа, что сопоставимо со значением прочности орто-сплава, полученного методом СЛП после горячего изостатического прессования.
Представлен синтез однофазных высокоэнтропийных карбидов (TiZrHfTaNb)C, (TiTaNb)0,45Hf0,275Zr0,275C и (TiTaNb)0,3Hf0,35Zr0,35C механическим легированием и искровым плазменным спеканием. Высокоэнтропийные карбиды (ВЭК) перспективны в качестве материала для деталей реактивных двигателей. Получен режим механического легирования, при котором достигаются однородность порошка и низкий технический намол. Проведен анализ микроструктуры, фазового и химического составов полученных образцов. ВЭК с ГЦК-структурой и небольшим содержанием оксидов циркония и гафния образуется при температуре 1600 °C. Повышение температуры спекания до 2000 °C способствует растворению оксидов и формированию однофазного ВЭК. Микротвердость образцов колебалась от 1600 до 2000 HV. Прочность образцов на сжатие составляла от 600 до 800 МПа. Согласно результатам газодинамических испытаний, сплав (TiTaNb)0,3Hf0,35Zr0,35C показал отличную термоокислительную стойкость до температуры 2250 °C.
Используя метод селективного лазерного плавления, можно успешно получать мультиматериальные изделия. Такие изделия будут обладать повышенными эксплуатационными характеристиками. Цель данной работы – изучение механических свойств мультиматериальной системы ВЖ159–БрХЦрТ В, полученной методом селективного лазерного плавления. Были проведены испытания ее образцов на растяжение и сжатие, после чего осуществлена их фрактография, исследованы шлифы после сжатия, выполнено сравнение полученных механических свойств с литературными данными. В результате сделаны следующие выводы: в зонах чистых сплавов фазовый состав представляет собой соответствующие твердые растворы, в переходной зоне наблюдаются пики, расположение которых соответствует пикам из обоих сплавов. При испытаниях на растяжение предел прочности мультиматериальных образцов системы ВЖ159–БрХЦрТ В составил σв = 430 ± 20 МПа, относительное удлинение ε = 4,6 ± 0,3 %, результаты на сжатие – σв = 822 ± 23 МПа, относительное сжатие ε = 42,5 ± 1,5 %. По сравнению с чистым сплавом БрХЦрТ В предел прочности мультиматериальных образцов системы ВЖ159–БрХЦрТ при испытаниях на растяжение выше на ~53 % (при сопоставлении с литературными данными), условный предел текучести в экспериментах на сжатие – на ~80 %. Фрактография мультиматериального образца системы ВЖ159–БрХЦрТ В после проведения испытаний на растяжение свидетельствует о том, что переходной зоне присущи признаки как более вязкого разрушения, характерного для сплава БрХЦрТ В (наличие ямок и отсутствие гладкого рельефа), так и менее вязкого, характерного для сплава ВЖ159 (наличие микротрещин). Исследование шлифа мультиматериального образца системы ВЖ159–БрХЦрТ В после испытаний на сжатие показало, что наличие в переходной зоне более вязкого сплава БрХЦрТ В способствует остановке развития трещины.
Метод нанесения металлической пасты имеет ряд преимуществ при изготовлении мультиматериалов по сравнению с другими видами аддитивных технологий. Ведутся исследования получения мультиматериалов данным методом, но их количество не так велико. В связи с этим перспективной задачей является расширение исследовательской базы изучения мультиматериалов, получаемых методом нанесения металлической пасты. Целью данной работы являлось исследование образцов мультиматериальной системы сталь 316L–CoCrFeMnNiW0,25 и сталь 316L–CrMoNbWV, полученных из металлической пасты. Проводились исследования формирования мультиматериальных образцов, а также анализ пористости, микроструктуры, фазового состава и твердости металлической пасты из стали 316L после спекания. В результате были сделаны следующие выводы: при формировании мультиматериальных образцов системы 316L–CoCrFeMnNiW0,25 нет необходимости формирования переходной зоны из смеси порошков стали 316L и CoCrFeMnNiW0,25 , так как в ней происходит сильное смешивание двух сплавов. В системе 316L–CrMoNbWV имеется необходимость формирования переходной зоны из смеси порошков, так как это снизит влияние неравномерной усадки. Режимы спекания для мультиматериальных образцов системы 316L–CoCrFeMnNiW0,25 должны быть изменены по сравнению с режимами для чистых сплавов – температура снижена на 30–45 °С по сравнению с режимами спекания стали 316L. Образец, полученный после спекания металлической пасты из стали 316L, имеет крупные и мелкие сферические поры. Для уменьшения количества подобного рода дефектов можно использовать дегазацию. Кроме того, снижение пористости может быть достигнуто за счет горячего изостатического прессования после спекания. После спекания металлической пасты из стали 316L микроструктура представляет собой очень крупные зерна аустенита с крайне небольшим количеством феррита, скапливающегося по границам зерен.
Изготовление мультиматериальных изделий методом послойного синтеза кроет в себе множество вопросов, связанных как с технологическими параметрами и подготовкой оборудования, так и с короблениями и внутренними напряжениями получаемых деталей. В данной статье показана возможность моделирования процесса селективного лазерного плавления (СЛП) в части создания мультиматериальных деталей на примере образцов из никелевого сплава ВЖ159 и медного сплава БрХЦрТ В. Результаты численного моделирования процесса печати были верифицированы на основе изготовленных образцов. Исследуемый образец был разделен на 3 части по вертикали: нижняя и верхняя части изготавливались из сплава ВЖ159, центральная – из сплава БрХЦрТ В. Для проведения численного моделирования использовались такие же технологические параметры, как и для печати. Последовательно решались задачи термического и механического анализов для каждой из частей мультиматериалоного образца с передачей результатов расчета предшествующей задачи в начальные условия последующей задачи. В результате проведенного исследования установлено, что полученные результаты моделирования являются показательными, однако не совсем точно описывают деформацию образца, изготовленного методом СЛП. Численные значений деформаций, полученные по результатам моделирования, несколько меньше, чем реальные, что связано с несовершенством выбранных алгоритмов расчета. Для возможности дальнейшего использования численного компьютерного моделирования процесса выращивания мультиматериальных образцов методом СЛП необходимо реализовать непрерывный процесс моделирования, без перехода между частями образца, когда одна часть начинает рассматриваться системой как подложка. Необходим учет непрерывного изготовления образца и, соответственно, непрерывного деформирования и накопления напряжений.
В последние годы развитие аддитивных технологий является одной из приоритетных задач отраслей. Аддитивные технологии позволяют, прежде всего, эффективно реализовывать любые конструкторские и инженерные идеи в таких высокотехнологичных отраслях, как авиастроение, двигателестроение, ракетостроение. Расширение номенклатуры стандартизованных материалов для аддитивных технологий будет способствовать их внедрению в массовое производство. Значительный интерес представляет возможность использования азотсодержащих жаропрочных порошковых сплавов для изготовления деталей летательных аппаратов сложной формы с применением аддитивных технологий. В данной работе описан полный цикл получения образцов из порошков сплавов со сверхравновесным содержанием азота методом селективного лазерного плавления (СЛП). Механическим легированием были получены 4 различных состава высокоазотистых сталей. Затем порошки этих сталей были обработаны методом плазменной сфероидизации для использования в процессе СЛП. Также методом СЛП были изготовлены образцы для механических испытаний. На каждом этапе процесса порошки подвергались детальному исследованию. Одним из наиболее важных параметров было содержание азота в получаемых порошках. С каждым этапом производства его доля снижалась, но оставалась на уровне сверхравновесного содержания 0,13–0,44 мас. %. Механические испытания показали, что сплавы, полученные методом СЛП, не уступают по своим свойствам сплавам, изготовленным по классическим металлургическим технологиям.
ISSN 2412-8767 (Online)